三一重工18號廠房是亞洲最大的智能化制造車間，有混凝土機械、路面機械、港口機械等多條裝配線，是三一重工總裝車間。2008年開始籌建，2012年全面投產(chǎn)，總面積約十萬平方米。從2012年開始，以三一18號廠房為應(yīng)用基礎(chǔ)，由三一重工、湖大海捷、華工制造、華中科大等單位聯(lián)合申報的“工程機械產(chǎn)品加工數(shù)字化車間系統(tǒng)的研制與應(yīng)用示范項目”

    經(jīng)過3年精心建設(shè)，目前，三一已建成車間智能監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)和刀具管理系統(tǒng)、公共制造資源定位與物料跟蹤管理系統(tǒng)、計劃、物流、質(zhì)量管控系統(tǒng)、生產(chǎn)控制中心（PCC）中央控制系統(tǒng)等智能系統(tǒng)，完成了國家批復(fù)的項目建設(shè)內(nèi)容。

    圖1 三一重工智能工廠

    同時，三一還與其他單位共同研發(fā)了智能上下料機械手、基于DNC系統(tǒng)的車間設(shè)備智能監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)、智能化立體倉庫與AGV運輸軟硬件系統(tǒng)、基于RFID設(shè)備及無線傳感網(wǎng)絡(luò)的物料和資源跟蹤定位系統(tǒng)、高級計劃排程系統(tǒng)（APS）、制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）、物流執(zhí)行系統(tǒng)（LES）、在線質(zhì)量檢測系統(tǒng)（SPC）、生產(chǎn)控制中心管理決策系統(tǒng)等關(guān)鍵核心智能裝置，實現(xiàn)了對制造資源跟蹤、生產(chǎn)過程監(jiān)控，計劃、物流、質(zhì)量集成化管控下的均衡化混流生產(chǎn)，智能化功能和系統(tǒng)性能指標達到國家批復(fù)要求。

    一、智能加工中心與生產(chǎn)線

    1、智能化加工設(shè)備

    早在2007年，有“智能化機械手”之稱的焊接機器人現(xiàn)身三一挖機生產(chǎn)線，并在2008年后得到進一步推廣。2012年三一重工在上海臨港產(chǎn)業(yè)園建成全球最大最先進的挖掘機生產(chǎn)基地，焊接機器人大規(guī)模投入使用，大幅提升了產(chǎn)品的穩(wěn)定性，使得三一挖掘機的使用壽命大約翻了兩番，售后問題下降了四分之三。由于規(guī)范了管理，又進一步提升了整個生產(chǎn)體系的效率。不但如此，機器人的使用減少了工人數(shù)量，管理模式的重心從原來的管人轉(zhuǎn)移到了管理設(shè)備上，相對而言，管理設(shè)備要容易很多。

    2、智能刀具管理

    在實際加工中，有多種因素會對加工刀具產(chǎn)生影響，首先是加工工件本身的因素，如加工工件材質(zhì)、結(jié)構(gòu)型式、工件剛度等對刀具使用效果影響較大。其次是加工工裝，定位基準、壓緊方式、結(jié)構(gòu)型式以及工裝剛度等都會影響刀具使用效果。再次加工工藝方案，如加工順序、切削三要素（切深、進給、切削速度）對刀具使用效果影響更大。最后是加工機床，設(shè)備的切削功率、設(shè)備的剛度、設(shè)備的結(jié)構(gòu)型式、切削冷卻介質(zhì)對加工刀具發(fā)揮效率也有很大影響。

    三一在實踐中，要充分考慮刀具壽命和加工工件成本的關(guān)系，根據(jù)不同結(jié)構(gòu)的工件選擇不同的刀具，包括刀具材料（分整體硬質(zhì)合金、焊接硬質(zhì)、高速鋼等）、刀具結(jié)構(gòu)（分機夾刀片、焊接刀片和整體材料刀具）以及刀具裝夾方式（熱裝式、強力緊固式、側(cè)固式）等。有的刀具選擇涂層刀片來增加刀具的耐用度，延長刀具壽命。在高速加工時，對刀具動平衡也有要求，我們配備了刀具動平衡儀，并在加工成本允許的前提下選擇耐用度較高的刀具。

    3、DNC

    DNC是計算機與具有數(shù)控裝置的機床群使用計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)組成的分布在車間中的數(shù)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)對用戶來說 就像一個統(tǒng)一的整體，系統(tǒng)對多種通用的物理和邏輯資源整合，可以動態(tài)的分配數(shù)控加工任務(wù)給任一加工設(shè)備，是提高設(shè)備利用率，降低生產(chǎn)成本。

    圖2　智能加工中心與生產(chǎn)線

    目前，三一重工已經(jīng)完成車間機加設(shè)備的研發(fā)采購與安裝調(diào)試，部分完成智能上料機械手、DNC實時監(jiān)控裝置及刀具管理系統(tǒng)的購置和開發(fā)。

    二、智能化立體倉庫和物流運輸系統(tǒng)

    1、智能化立體倉庫

    立體倉庫后臺運作的自動化配送系統(tǒng)由華中科大與三一聯(lián)合研制，通過這套系統(tǒng)，三一打造了批量下架、波次分揀，單臺單工位配送模式，實現(xiàn)了從頂層計劃至底層配送執(zhí)行的全業(yè)務(wù)貫通，大大提高了配送效率及準確率，準時配送率超95%。

    三一智能化立體倉庫總投資6000多萬元, 分南北兩個庫，由地下自動輸送設(shè)備連成一個整體，總占地面積9000平方米，倉庫容量大概是16000個貨位。從南邊倉庫可以看到，這個庫區(qū)有幾千種物料，主要是泵車、拖泵、車載泵物料，能支持每月數(shù)千臺產(chǎn)品的生產(chǎn)量。

    從大廠房到智能工廠，實施智能化改造后，18號廠房在制品減少8%，物料齊套性提高14%，單臺套能耗平均降低8%，人均產(chǎn)值提高24%，現(xiàn)場質(zhì)量信息匹配率100%，原材料庫存降低30%，2014年18號廠房預(yù)計同比節(jié)約制造成本1億元，年增加產(chǎn)量超過2000臺以上，每年同比產(chǎn)值新增60億元以上。

    2、AGV智能小車

    智能化立體倉庫的核心是AGV智能小車，當(dāng)有班組需要物料時，裝配線上的物料員就會報單給立體倉庫，配送系統(tǒng)會根據(jù)班組提供的信息，迅速找到放置該物料的容器，然后開啟堆高機，將容器自動輸送到立體庫出庫端液壓臺上。

    此時，AGV操作員發(fā)出取貨指令，AGV小車自動行駛至液壓臺取貨。取完貨后，由于AGV小車采用激光引導(dǎo)，小車上安裝有可旋轉(zhuǎn)的激光掃描器，在運行路徑沿途的墻壁或支柱上安裝有高反光性反射板的激光定位標志，AGV依靠激光掃描器發(fā)射激光束，然后接受由四周定位標志反射回的激光束，車載計算機計算出車輛當(dāng)前的位置以及運動的方向，通過和內(nèi)置的數(shù)字地圖進行對比來校正方位，從而將物料運送至指定工位。像這樣的AGV小車，在三一18號廠房有15臺。在18號廠房南北智能化立體倉庫，不僅有這樣的AGV自動小車，其后臺配送也是自動化系統(tǒng)完成的。

    圖3　自動配送物料的AGV小車

    3、公共資源定位系統(tǒng)

    公共資源定位系統(tǒng)是三一重工智能工廠的一個重要支撐。公共資源定位系統(tǒng)能實現(xiàn)包括對設(shè)備定位和狀態(tài)檢測、人員定位以及故障實時處理與報警等功能。通過公共資源定位監(jiān)控中心，三一重工的生產(chǎn)管理人員能及時的了解生產(chǎn)車間的人員位置、設(shè)備位置和狀態(tài)、加工生產(chǎn)情況，并及時的指導(dǎo)生產(chǎn)和進行故障處理等操作。

    三、智能化生產(chǎn)執(zhí)行過程控制

    1、高級計劃排程

    在考慮企業(yè)資源所提供的可行物料需求規(guī)劃與生產(chǎn)排程計劃，讓規(guī)劃者快速結(jié)合生產(chǎn)限制條件與相關(guān)信息 (如訂單、途程、存貨、BOM與產(chǎn)能限制等)，以做出平衡企業(yè)利益與顧客權(quán)益的最佳規(guī)劃與決策，滿足顧客需求及面對競爭激烈的市場。強化了ERP系統(tǒng)中以傳統(tǒng)MRP規(guī)劃邏輯為主的生產(chǎn)規(guī)劃與排程的功能，APS 系統(tǒng)的同步規(guī)劃能力，不但使得規(guī)劃結(jié)果更具備合理性與可執(zhí)行性，亦使企業(yè)能夠真正達到供需平衡的目的。

    2、執(zhí)行過程調(diào)度

    三一車間內(nèi)一排排的MES終端機，生產(chǎn)線上明亮的LED屏幕，整齊劃一的醒目安全燈是系統(tǒng)給我們帶來直觀的印象。SanyMES系統(tǒng)是指由三一集團IT總部自主研發(fā)的制造執(zhí)行系統(tǒng)，它充分利用信息化技術(shù)，從生產(chǎn)計劃下達、物料配送、生產(chǎn)節(jié)拍、完工確認、標準作業(yè)指導(dǎo)、質(zhì)量管理、關(guān)重件條碼采集等多個維度進行管控，并通過網(wǎng)絡(luò)實時將現(xiàn)場信息及時準確地傳達到生產(chǎn)管理者與決策者。該系統(tǒng)除了通過各種方式如短信、郵件向管理者傳遞生產(chǎn)信息外，其設(shè)置在生產(chǎn)現(xiàn)場的MES終端機，給一線工人生產(chǎn)制造帶來了極大的便利。

    通過MES終端機，生產(chǎn)線工人不僅可以及時報完工、方便快捷地查詢物料設(shè)計圖紙和庫存情況，更重要的是SanyMES終端機可以正確地指導(dǎo)工人每個工位如何進行安裝、安裝時候需要哪些零部件，同時給予安全提示。有了MES系統(tǒng)后，再也不用去借圖紙，直接在MES終端就能查到最新的圖紙信息，全觸摸屏操作，簡單方便，而且通過查看標準作業(yè)指導(dǎo)以規(guī)范工人的操作，避免了紙質(zhì)作業(yè)指導(dǎo)書的損壞和更新不及時造成的附加作業(yè)，極大提高了工作效率和作業(yè)質(zhì)量。

    3、數(shù)字化物流管控

    三一自動化立體倉儲配送系統(tǒng)實現(xiàn)了該公司泵車、拖泵、車載泵裝配線及部裝線所需物料的暫存、揀選、配盤功能，并與AGV配套實現(xiàn)工位物料自動配送至各個工位。

    根據(jù)泵車、拖泵、車載泵裝配線及部裝線在車間的位置，北自所設(shè)計了兩個庫區(qū)，1#庫負責(zé)泵車物料的儲存、揀配功能，2#庫負責(zé)拖泵、車載泵物料的儲存、揀配功能，兩個庫區(qū)共用一個設(shè)置1#庫區(qū)的入庫組盤區(qū)域，2#庫入庫的物料在入庫組盤區(qū)完成組盤后通過地下輸送通道自動輸送進入2#庫庫區(qū)存儲。

    倉儲模式采用自動化立體倉庫存儲（主要儲存中小件為主）+垂直升降庫存儲（主要儲存小件為主）+平面?zhèn)}庫儲存（主要儲存大件等其他特殊物資）。自動化立體倉庫和垂直升降庫的數(shù)據(jù)采用一套軟件進行統(tǒng)一管理，集中配送。通過垂直升降庫的應(yīng)用，解決了將近總量30%的物料種類的儲存和出入庫作業(yè)模式，很大程度地緩和了自動化立體倉庫的出入庫作業(yè)壓力，有效地提高了整個系統(tǒng)的作業(yè)能力。

    揀配模式采用提4臺套提前一班（8小時）揀配模式，按照工位進行配送。在兩個庫區(qū)分別設(shè)置了兩層的配盤區(qū)域，根據(jù)裝配工位數(shù)量及各工位裝配物料情況，對配盤區(qū)域的揀配托盤位置進行分配，揀配過程中采用LED顯示屏+RF手持終端模式進行人工作業(yè)。北自所根據(jù)各工位裝配物料情況，配合用戶設(shè)計了多種不同的配送容器，采用多層存放，提高容器使用效率，減少線邊容器數(shù)量，最終提高了AGV系統(tǒng)的搬運效率。

    4、數(shù)字化質(zhì)量檢測

    目前，三一在質(zhì)檢信息化方面，通過GSP、MES、CSM及QIS的整合應(yīng)用，實現(xiàn)涵蓋供應(yīng)商送貨、零件制造、整機裝配、售后服務(wù)等全生命周期的質(zhì)檢電子化，并實現(xiàn)了SPC分析、質(zhì)量追溯等功能。

    以前質(zhì)檢，是采用紙質(zhì)記錄本記錄檢驗結(jié)果和質(zhì)量問題，現(xiàn)在則是用生產(chǎn)管理系統(tǒng)（MES），每一個檢驗項目都標準化、電子化，以前在本子上的內(nèi)容都作為數(shù)據(jù)錄入PDA和平板電腦等終端。一旦發(fā)現(xiàn)質(zhì)量異常，系統(tǒng)就會第一時間自動啟動不合格處理流程，將情況發(fā)送給相關(guān)責(zé)任人。

    “在不合格品控制流程中的隔離、評審等6個環(huán)節(jié)，保證每道工序的每個產(chǎn)品在下一道工序前合格?！倍鴶?shù)據(jù)的錄入則會為產(chǎn)品質(zhì)量追溯提供可靠依據(jù)。三一的自制件可以具體查到是某臺產(chǎn)品零部件，制作時間、制作地點和工位、制作人、制作條件等信息，供應(yīng)商提供的零部件則是可以查到批次和反饋。

    四、智能化生產(chǎn)控制中心

    1、中央控制室

    ·生產(chǎn)計劃及執(zhí)行情況、設(shè)備狀態(tài)、生產(chǎn)統(tǒng)計圖

    ·智能計劃系統(tǒng)操作界面

    ·生產(chǎn)現(xiàn)場監(jiān)控、看板展示及異常報警

    ·各區(qū)域監(jiān)控信息

    ·設(shè)計部日常操作（支持10路信號同時切入）

    ·各區(qū)域監(jiān)控信息

    ·物流部日常操作（支持10路信號同時切入）

    ·質(zhì)量部日常操作（支持10路信號同時切入）

    2、現(xiàn)場監(jiān)視裝置

    全方位的工廠車間監(jiān)控系統(tǒng)能實現(xiàn)對生產(chǎn)過程的全面監(jiān)控和記錄，保證生產(chǎn)現(xiàn)場的安全，以及現(xiàn)場事故的追溯和回放。

    3、現(xiàn)場Andon

    Andon系統(tǒng)能夠為操作員停止生產(chǎn)線提供一套新的、更加有效的途徑。在傳統(tǒng)的汽車生產(chǎn)線上，如果發(fā)生故障，整條生產(chǎn)線立即停止。采用了Andon系統(tǒng)之后，一旦發(fā)生問題，操作員可以在工作站拉一下繩索或者按一下按鈕，觸發(fā)相應(yīng)的聲音和點亮相應(yīng)的指示燈，提示監(jiān)督人員立即找出發(fā)生故障的地方以及故障的原因。一般來說，不用停止整條生產(chǎn)線就可以解決問題，因而可以減少停工時間同時又提高了生產(chǎn)效率。

    Andon系統(tǒng)的另一個主要部件是信息顯示屏。每個顯示面板都能夠提供關(guān)于單個生產(chǎn)線的信息，包括生產(chǎn)狀態(tài)、原料狀態(tài)、質(zhì)量狀況以及設(shè)備狀況。顯示器同時還可以顯示實時數(shù)據(jù)，如目標輸出、實際輸出、停工時間以及生產(chǎn)效率。 根據(jù)顯示器上提供的信息，操作員可以更加有效的開展工作。